సరళీకృత ప్రోటీన్లు జీవం యొక్క అత్యంత ప్రాథమిక రసాయన శాస్త్రంపై పరిశోధకులకు కొత్త కిటికీని అందిస్తున్నాయి

పెద్ద ప్రశ్నకు చిన్న వర్ణమాల

శాస్త్రంలో అత్యంత కఠినమైన సమస్యలలో ఒకటి అత్యంత పురాతనమైనదీ కూడా: ప్రాథమిక భూమిపై జీవించని రసాయన శాస్త్రం జీవశాస్త్రంగా ఎలా మారింది? Universe Today ప్రస్తావించిన ఒక కొత్త సమీక్ష ఈ ప్రశ్నను ఆశ్చర్యకరంగా ప్రాయోగిక మార్గంలో పరిశీలిస్తోంది. ఆధునిక ప్రోటీన్ల యొక్క అన్ని సంక్లిష్టతను తిరిగి నిర్మించడానికి ప్రయత్నించకుండా, పరిశోధకులు మరింత సరళమైన సంస్కరణలు ముందుజీవ రసాయన పరిస్థితుల్లో ముడత పడి, పనిచేసి, నిలిచివుండగలవా అని పరీక్షిస్తున్నారు.

The borderlands of foldability: lessons from simplified proteins అనే శీర్షికతో Trends in Chemistryలో ప్రచురితమైన ఈ పేపర్, సరళీకృత ప్రోటీన్లు అని పిలవబడే వాటిపై దృష్టి పెడుతుంది. ప్రధాన భావన సూటిగా ఉంటుంది. ఆధునిక ప్రోటీన్లు 20 విభిన్న అమినో ఆమ్లాలతో నిర్మించబడతాయి, కానీ ప్రాథమిక భూమి ఆ పూర్తి సాధన సముదాయాన్ని అందించకపోవచ్చు. తొలి పెప్టైడ్లు మరియు ప్రోటీన్లు కేవలం చిన్న ఉపసెట్‌కే అందుబాటులో ఉంటే, జీవం ఆవిర్భావం ఆధునిక జీవులకు అవసరమైనదానికంటే చాలా తక్కువ జీవరసాయన సమాచారంపై ఆధారపడి ఉండి ఉండవచ్చు.

ఆధునిక జీవశాస్త్రం ఎందుకు తప్పుదారి పట్టించవచ్చు

ఈరోజు జీవ వ్యవస్థలలోని ప్రోటీన్లు అత్యంత సంక్లిష్ట అణువులు; వాటి ఆకారమే వాటి పనితీరుకు కేంద్రబిందువు. అవి త్రిమితీయ నిర్మాణాలుగా ముడతపడి, ఉద్గ్రాహక చర్యల నుంచి నిర్మాణ మద్దతు వరకు అన్నింటినీ సాధ్యం చేస్తాయి. ఆ సంక్లిష్టతనుంచి వెనక్కి చూసినప్పుడు, మొదటి అడుగులు ఎంత కఠినంగా ఉండి ఉంటాయో అనే తప్పుదారి పట్టించే చిత్రం ఏర్పడవచ్చు.

అత్యంత ప్రాథమిక పెప్టైడ్లు బహుశా చిన్నవిగా, సరళమైనవిగా ఉండి, వాతావరణంలో సహజంగా ఉన్న లేదా అత్యంత ఆదిమ మెటాబోలిజం ద్వారా ఉత్పన్నమైన అమినో ఆమ్లాలతో రూపొంది ఉండవచ్చని సమీక్ష వాదిస్తోంది. పురాతన ప్రోటీన్ల ఫాసిళ్లను పరిశోధకులు నేరుగా తిరిగి పొందలేరు, కానీ ఈ పేపర్ దాన్ని ప్రయోగాత్మక పనికి తగిన ఆరంభ బిందువుగా పరిగణిస్తోంది.

అక్కడికే “అక్షరమాల తగ్గింపు” వస్తుంది. శాస్త్రవేత్తలు ప్రామాణిక 20కి బదులుగా సుమారు 7 నుండి 14 అమినో ఆమ్లాల పరిమిత అక్షరమాలలను ఉపయోగించి ప్రోటీన్లను తిరిగి నిర్మిస్తున్నారు. లక్ష్యం ఆధునిక జీవశాస్త్రానికి ఒక అసంపూర్ణ అంచనాను సృష్టించడం కాదు. ఒక సరళమైన రసాయన పదజాలం ఇంకా క్రమబద్ధమైన, కార్యరూపమైన నిర్మాణాలను ఉత్పత్తి చేయగలదా అని పరీక్షించడమే.

తక్కువ పదార్థాలతో ముడత పడి

సమీక్షలో వివరించిన ఫలితాలు ఆకర్షణీయమైనవి. సంక్లిష్ట నిర్మాణ భాగాల మొత్తం వర్గాలను తొలగించినప్పటికీ స్థిరమైన 3D నిర్మాణాల్లో ముడతపడే ప్రోటీన్లను శాస్త్రవేత్తలు తయారు చేయగలిగారు. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ప్రోటీన్ ఏర్పాటుకు అవసరమైన నిర్మాణ తర్కంలో చాలా భాగం ఆధునిక అమినో ఆమ్లాల పూర్తి సముదాయంపై ఆధారపడి ఉండనట్టే కనిపిస్తోంది.

ఈ కనుగొనడం ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే ఇది జీవం ఆవిర్భావానికి ఉన్న కనిపించే అవరోధాన్ని తగ్గిస్తుంది. సుమారు పది అమినో ఆమ్లాల “ముందుజీవ” అక్షరమాల నిర్మిత ప్రోటీన్లను ప్రారంభించడానికి సరిపోతే, ప్రాథమిక భూమికి ఆధునిక ప్రోటీన్ సమస్యను ఒకేసారి పరిష్కరించాల్సిన అవసరం ఉండేది కాదు. ఉపయోగకరమైన రూపాల్లో స్వయంగా క్రమబద్ధపడగల అణువులను ఉత్పత్తి చేయడానికి తగినంత రసాయన శాస్త్రమే కావాలి.

జీవశాస్త్రానికి అవసరమైన మూల నిర్మాణాలు ఆశ్చర్యకరంగా పరిమిత సమాచారంతోనే వెలువడవచ్చనే ఆధారంగా సమీక్ష దీన్ని చూపిస్తోంది. ఇది రసాయన శాస్త్రం నుంచి జీవానికి జరిగిన పూర్తి మార్పును వివరిస్తూ ఉండకపోయినా, ఆ ఖాళీలోని అత్యంత భయానక అంశాలలో ఒకదాన్ని సన్నగిల్లిస్తుంది.

పాత ఊహకు ప్రయోగాత్మక మద్దతు

మూల పాఠ్యం 1966లో Richard Eck మరియు Margaret Dayhoff ప్రతిపాదించిన ప్రసిద్ధ ఆలోచనను సూచిస్తుంది; పురాతన సమమిత ప్రోటీన్లు చిన్న, సరళ పెప్టైడ్ల డూప్లికేషన్ మరియు ఫ్యూజన్ ద్వారా ఏర్పడి ఉండవచ్చని వారు సూచించారు. ఆధునిక పరిశోధనలు ఇప్పుడు ఆ ఆలోచనను ఆచరణలో మద్దతిస్తున్నట్లు కనిపిస్తోంది.

సరళ పెప్టైడ్లు “హోమో-ఒలిగోమరైజ్” అయ్యి, సమమితి గల, కార్యరూపమైన ప్రోటీన్లుగా కలసిపోవడాన్ని పరిశోధకులు గమనించారు. ఈ చిత్రం ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే సమమితి ఒక సాధ్యమైన షార్ట్‌కట్‌ను అందిస్తుంది. తొలి వ్యవస్థలకు మొదటి నుంచే పొడవైన, ఖచ్చితంగా సంకేతీకరించిన క్రమాలు అవసరం లేకపోయి ఉండవచ్చు. చిన్న మాడ్యూళ్ల పునరావృతం నిజమైన సామర్థ్యం గల నిర్మాణాలను సృష్టించడానికి సరిపోతుండవచ్చు.

ఈ దృక్కోణం జీవం మూలం పరిశోధనకు మరింత దశలవారీ మోడల్‌ను అందిస్తుంది. యాదృచ్ఛిక రసాయన శాస్త్రం నుండి అత్యంత మెరుగుపరచబడిన ప్రోటీన్లకు ఒక్కసారిగా దూకుడును ఊహించడానికి బదులుగా, చిన్న పెప్టైడ్ల సాధారణ సమాహారాలు కాలక్రమేణా ఎలా పనితీరును కూడబెట్టుకున్నాయో శాస్త్రవేత్తలు పరిశీలించవచ్చు.

పర్యావరణం యంత్రాంగంలో భాగమై ఉండవచ్చు

ప్రాథమిక ప్రోటీన్లు ఒంటరిగా ఉద్భవించలేదని సమీక్ష కూడా ప్రాముఖ్యంగా చెబుతోంది. చుట్టుపక్కల వాతావరణం వాటిని జీవించడానికి, ముడతపడడానికి క్రియాశీలంగా సహాయపడివుండవచ్చు. ఇది దృష్టిలో కీలక మార్పు. ఆధునిక జీవశాస్త్రంలో కణాలు అంతర్గత పరిస్థితులను కట్టుదిట్టంగా నియంత్రిస్తాయి. ఇందుకు భిన్నంగా, ప్రాథమిక భూమిపై ఖనిజాలు, లవణాలు, ఉపరితలాలు, స్థానిక రసాయన పరిస్థితులు మద్దతు నిర్మాణం లేదా స్థిరీకరణగా పనిచేసి ఉండవచ్చు.

అది నిజమైతే, మొదటి ఉపయోగకరమైన ప్రోటీన్లు వాటి అమినో ఆమ్ల అక్షరమాల చిన్నదైనందున మాత్రమే సరళంగా ఉండలేదు, పర్యావరణమే పనిలో కొంత భాగాన్ని చేస్తుండడంతో కూడా అలా ఉండి ఉండవచ్చు. ఆధునిక ప్రయోగశాల సందర్భంలో అంచులపై ఉన్నట్టు కనిపించే ఒక పెప్టైడ్, సహాయక ముందుజీవ నిచ్‌లో చాలా భిన్నంగా ప్రవర్తించి ఉండవచ్చు.

ఈ పర్యావరణ కోణం సరళీకృత ప్రోటీన్ అధ్యయనాల ప్రాధాన్యతను విస్తరింపజేస్తుంది. ఇది కేవలం ఏ క్రమ సమాచారం అవసరమో అన్నదానిగురించి మాత్రమే కాదు. అణువులు మరియు సందర్భం ఒకే వ్యవస్థగా పరిగణించబడినప్పుడు ఏ రసాయనం సాధ్యమవుతుందో అన్నదానిగురించీ ఇది.

భూమికి అతీతంగా ఇది ఎందుకు ముఖ్యం

ఇలాంటి పరిశోధనకు స్పష్టమైన అస్ట్రోబయోలాజికల్ విలువ ఉంది. జీవితానికి ఒకప్పుడు అనుకున్నదానికంటే చిన్న జీవరసాయన సాధన సముదాయం చాలు అనుకుంటే, పరిశీలించాల్సిన ప్రపంచాల శ్రేణి విస్తరించవచ్చు. బయోసిగ్నేచర్లను లేదా నివాసయోగ్య వాతావరణాలను వెతుకుతున్న శాస్త్రవేత్తలు ఆధునిక భూమి జీవశాస్త్రంలోని ప్రతి వివరాన్నీ పునరుత్పత్తి చేసే ప్రదేశాలకే చూడాల్సిన అవసరం లేదు.

దాని బదులు, ఇతర ప్రపంచాలు సరళ పెప్టైడ్లు ఏర్పడి, కలసి, నిలిచివుండే పరిస్థితులను అందిస్తున్నాయా అని వారు అడగవచ్చు. జీవం వైపు మార్గానికి నేటి కణాల్లో కనిపించే మొత్తం నైపుణ్యం అవసరం లేకపోవచ్చు. అది పరిమిత రసాయన శాస్త్రమే క్రమాన్ని సృష్టించడానికి సరిపడే అంచు ప్రాంతాల్లో ప్రారంభమై ఉండవచ్చు.

అందుకే సరళీకృత ప్రోటీన్లు ఇంత ఉపయోగకరమైన ఆలోచన. అవి శాస్త్రంలోని అతి పెద్ద ప్రశ్నలలో ఒకదాన్ని ఇప్పుడే చేయగలిగే ప్రయోగాలుగా కుదించేస్తాయి. జీవశాస్త్రాన్ని చిన్న అక్షరమాలకు తగ్గించడంతో, రసాయన శాస్త్రం మరియు జీవం మధ్య దూరం ఇప్పటి దృక్కోణంలో కనిపించేదానికంటే తక్కువగా ఉండి ఉండవచ్చని పరిశోధకులు కనుగొంటున్నారు.

• సుమారు 7 నుండి 14 నిర్మాణ భాగాలున్న తగ్గించిన అమినో ఆమ్ల సముదాయాలతో తయారైన ప్రోటీన్లను పరిశోధకులు పరీక్షిస్తున్నారు.
• సుమారు పది అమినో ఆమ్లాలే ప్రారంభ ప్రోటీన్ నిర్మాణాలను మద్దతు ఇవ్వడానికి సరిపోవచ్చని సమీక్ష వాదిస్తోంది.
• సరళ పెప్టైడ్లు కార్యరూపమైన సమమిత నిర్మాణాలుగా స్వయంగా చేరగలవని ప్రయోగాలు చూపుతున్నాయి.
• ఈ పని జీవం మూలం పరిశోధనకూ, అస్ట్రోబయోలాజీకూ ప్రభావాలను కలిగిస్తోంది.

ఈ వ్యాసం Universe Today నివేదిక ఆధారంగా ఉంది. మూల వ్యాసాన్ని చదవండి.